紫色土坡面降雨侵蚀试验研究

坡面水蚀的主要侵蚀动力来自降雨及其产生的地表径流,将坡面水蚀过程分为降雨侵蚀和径流侵蚀,可以从侵蚀动力、侵蚀特征差异与侵蚀规律等方面研究坡面水蚀过程与机理。应用人工模拟降雨及微小区测定技术,以大田紫色土为研究对象,模拟和测定不同雨强与不同坡度条件下降雨侵蚀过程和侵蚀量,揭示以降雨为主要动力的土壤降雨侵蚀特征和规律。研究结果表明：(1)小雨强(＜67．26 mm/h)下,紫色土坡面降雨侵蚀率具有稳定性,随着降雨历时的增加变化微小；大雨强(106．57 mm/h)下,降雨侵蚀率随降雨历时增加呈上下波动；(2)紫色土降雨侵蚀率与降雨强度呈线性相关,随降雨强度增加而直线增加；(3)降雨侵蚀率与坡度符合二次抛物线关系,随坡度的增加出现临界坡度,且临界坡度随雨强的变化而改变。在中小雨强(18．06～67．26 mm/h)条件下,临界坡度SK的变化范围在17°～19°。在大雨强条件下,临界坡度有逐渐增大的趋势；(4)当坡度与雨强共同影响产沙效应时,坡度对降雨侵蚀的影响较小,雨强能掩盖坡度对产沙的贡献。     

云南高原城市发展对降雨的影响——以楚雄市为例

分析了楚雄市1965-2010年的降雨特点,采用同时期城区(楚雄站)与郊区(南华站、双柏站)雨量横向对比和城市化发展不同时期同一站雨量纵向对比的方法,研究了城市化对年降雨量、季节雨量和不同类型降雨发生次数等的影响.通过研究发现:城市化发展对城市年雨量、汛期雨量有不同程度的增加作用;受城市化发展的影响,降雨年内分配集中雨季的趋势更加明显;城市化发展使不同类型降雨发生次数有增加或减少,对大雨和暴雨有增加作用,小雨和中雨有所减少.城市化发展使城市大雨和暴雨增多,所以要加强城市洪涝、滑坡和泥石流灾害的防治工作.     

都汶公路沿线诱发泥石流的降雨特征

都(江堰)汶(川)公路是通往川西北的重要交通要道,地震造成该路段泥石流危害极为严重。选择都汶公路南段为研究区,收集了2008—2011年间的22次泥石流事件及其对应的降雨过程,分析了雨型、降雨强度、前期降雨等因子对泥石流的影响,并利用I-D模型得出研究区泥石流的降雨阈值,分析时间和流域面积对阈值的影响。各种档次降雨雨型都可能诱发泥石流,降雨强度是泥石流的控制因子,降雨历时越长,需要的激发雨强越小;前期降雨对泥石流起着较为重要的作用,只有在超过14.8 mm/h时,较小的雨强才有可能诱发泥石流,且有效前期降雨越大,需要的激发雨强越小。地震造成泥石流的诱发临界降雨大幅减小,地震之后诱发泥石流的降雨条件逐年回升,2009年之后泥石流的降雨阈值较2008年大幅上升;流域面积不同,泥石流的频率也有所差异。该研究可为该区泥石流的监测预警与预测预报作贡献。     

TRMM数据在中国降雨侵蚀力计算中的应用

长时间序列降雨过程资料的获取一直是降雨侵蚀力计算中的一个难题。尝试利用地面实测站点数据分别对TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星的3B43和3B42数据进行回归建模和订正,并采用订正后的3 h平均降雨强度代替30 min最大降雨强度,同时基于TRMM数据的EI180的降雨侵蚀力算法,计算出了全国南北纬50°范围(TRMM覆盖区)内2013年月、季和年降雨侵蚀力;最后分别计算了省域和区域尺度下的降雨侵蚀力对全国尺度下的结果进行对比验证。结果表明:(1) TRMM降水数据比地面站点观测的降水量略大,但与实测站点数据具有很好的线性回归关系,其季尺度决定系数R²均较高,由此也说明了TRMM数据可以很好地反映全国范围内降雨的季节性变化。(2)利用订正后的TRMM3B42数据计算出研究区内的年均降雨侵蚀力为536.02 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,其降雨侵蚀主要集中在5~8月份。(3) 2013年全国降雨侵蚀变化趋势由东南向西北方向逐渐降低,且沿海省份较内陆省份降雨侵蚀较高。(4)通过对年降雨侵蚀力结果与实测站点降雨量以及订正的TRMM降水数据分析表明,降雨侵蚀力与降水之间存在着紧密的二次非线性关系。(5)通过尺度验证,其中省域尺度验证误差为8.34%,区域尺度误差仅为0.24%,由此说明了TRMM数据在不同尺度下均具有良好的适应性,同时也验证了方法在不同尺度下的有效性。该方法为有效解决土壤侵蚀中降雨强度计算资料缺乏的瓶颈,同时也为降雨侵蚀力的计算提供了一条有效的途径。     

用雨量和雨强计算次降雨侵蚀力

降雨侵蚀力反映由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力 ,是定量预报土壤流失的重要因子。降雨动能与最大 30min雨强的乘积EI30 是最常用的降雨侵蚀力指标 ,但计算复杂 ,且资料难以获得。本文从利用易获取的气象资料计算降雨侵蚀力出发 ,通过对全国 13个代表性小区侵蚀资料和 12个气象站降雨资料的分析 ,确定我国降雨侵蚀力指标为雨量和最大 10min雨强的乘积PI10 ,其精度与常用的侵蚀力指标EI30 相当。为方便对比分析并统一单位 ,进一步建立了指标PI10 与EI30 的转换关系 :(EI30 ) =0 1773(PI10 )。这样可充分利用覆盖全国的气象站整编资料 ,计算全国降雨侵蚀力 ,为水土保持规划服务     

用小时降雨资料估算降雨侵蚀力的方法

降雨侵蚀力是进行土壤流失量预报的基本因子,EI₃₀是迄今得到广泛应用的定量指标,但它的计算需要降雨过程资料,使其推广应用受到很大限制。用自动气象观测提供的高精度等间隔降雨资料,代替降雨过程资料,是估算降雨侵蚀力指标的首选。国际上对此已有研究,发现有很大的地区差异性。为此,本文在水蚀严重的中国东部季风区选择5个代表站点,共456次降雨过程资料,建立了用60 min等间隔雨量资料估算次降雨侵蚀力的计算方法。研究结果表明:直接用60 min等间隔资料计算的降雨侵蚀力指标值,与用降雨过程资料计算的结果相比,降雨动能E差异较小,主要差异体现在最大30 min雨强I₃₀上,由此导致降雨侵蚀力指标EI₃₀的差异也十分明显。利用自动气象观测小时雨量资料计算降雨侵蚀力指标值,通过公式(EI₃₀)_bp=1.730(EI₃₀)₆₀转换,可以较精确地估算全国降雨侵蚀力,与用日、月和年降雨量资料的估算值相比,能够提高土壤侵蚀预报精度。     

贵州省极端降雨特征及其影响因子

不同地区在下垫面结构、气候等方面存在区域异质性,极端降雨表现出不同演变趋势和独特的空间分布格局。贵州喀斯特地貌类型复杂,影响降雨空间再分配,极端降雨频发,地质灾害严重。针对贵州省极端气候的研究,大多关注其时空特征与模式数据预估,缺乏对其重现期特征及不同尺度影响因子的分析。本文基于贵州省31个站点1990—2020年逐日降雨数据计算极端降雨,采用8种分布函数对其拟合并选出各站点的最优分布函数,分析贵州省极端降雨重现期特征,探讨其不同尺度影响因子。结果表明：(1)近31年来贵州省极端降雨在时间上呈不显著增加趋势,空间上呈“南高北低、东高西低”的分布格局。(2)Weibull分布函数对贵州省大部分站点的极端降雨拟合效果最佳;极端降雨的估计值随重现期增加而增大,在不同重现期均呈南高北低的分布格局,且南北差异随重现期增加而逐渐减弱。(3)大尺度影响因子中厄尔尼诺对极端降雨的影响最大;局地尺度因子中温度、高程、二氧化碳为极端降雨的主要影响因子。研究结果可为贵州省防洪减灾提供科学指导。     

影响降雨击溅侵蚀过程的多元回归正交试验研究

根据多元正交设计,对马兰黄土进行了降雨(人工模拟)溅蚀试验。得到了计算降雨溅蚀分散量(Y)和降雨溅蚀向下坡搬运量(Z)的两个回归方程。方程揭示影响降雨击溅侵蚀诸因素之间的交互作用,以及各个因素在降雨溅蚀过程中的地位和对各种降雨溅蚀临界值的明显影响。     

基于TRMM数据的鄱阳湖流域降雨时空分布特征及其精度评价

基于1998-2007 年热带测雨卫星(TRMM) 3B42 V6 降雨数据分析鄱阳湖流域降雨时空分布特征, 并利用40个气象站观测日降雨数据对TRMM数据在不同子流域、不同降雨强度及不同季节里的精度进行了对比分析, 弥补了以往只评价整体精度的不足。结果显示:鄱阳湖流域北部地区修水、饶河子流域较易出现暴雨, 导致雷达信号衰减, 使TRMM对大雨强降雨的探测出现较大偏差;流域内降雨以10~50 mm为主, 其雨量占到总雨量的60%;流域降雨在年内1-3 月中旬为干旱少雨期, 3 月下旬-9 月初为湿润多雨期, 9-12 月再次进入干旱少雨期;而空间分布呈东、西部大, 中部小的格局;同时发现, 在赣南山区TRMM降雨较观测雨量低300~400 mm, 这可能受高程和坡度的影响, 使TRMM对山区降雨的探测精度也出现较大偏差。     

科尔沁沙地降雨特征分析——以奈曼旗为例

了解降水的当前特征及未来的变化趋势对理解气候变化对区域生态系统的影响具有重要的意义。科尔沁沙地是中国北方农牧交错带的典型区域,年降雨量300~500 mm,对气候变化(特别是降水的变化)非常敏感。对科尔沁沙地沙漠化较为严重的奈曼旗1971-2013年的降水资料进行了分析研究。结果表明:(1)该地区多年平均降水量为338.8 mm,5-9月降雨量占全年降水量的(85.32±7.71)%,5-9月降雨量,年降水量1971-2000年经历了先增加后减少的趋势,2001-2013年有缓慢增加的趋势;同时降水量的年际变异性近10年也呈增加的趋势。(2)5-9月降雨量呈先增大后减小的趋势,在7月最大,为104.2 mm,5月和9月最小(分别为32.7 mm和32.8 mm),月降雨量的年际变率均大于49%;生长季内降雨主要以<10 mm的事件为主,占总降雨事件的64.41%,却仅占总降雨量的16.95%;≥30 mm的降雨事件占总降雨事件的10.96%,占到总降雨量的45.93%,且对总降雨量具有决定性的影响。(3)≥5 mm降雨的平均间隔为9.4 d,以1~10 d为主,占到69.5%,10~20 d(19.5%)的次之;≥30 d的发生频率最小,为3.81%,降雨间隔的年际变异性均呈增加的趋势。(4)生长季降雨日数呈减少的趋势,降雨事件降雨量的变异性与生长季降雨量的变化具有相似性,从2001年开始呈增加的趋势。该地区的降雨量年际变异性强,降雨日数的减少和降雨事件降雨量变异性的增加将提高极端干旱事件发生的频率,可能对该地区的生态系统产生严重影响,加剧该地区的沙漠化发展方向。因此,加强气候变化对生态系统影响的研究,可为合理利用土地资源及调整土地管理方式提供理论依据。     

近44 年来青藏高原夏季降水的时空分布特征

利用1961-2004 年青藏高原97 个站点的夏季逐日降水数据,通过累积距平、相关分析、回归分析、经验正交函数分解、功率谱方法等,结合GIS 的空间分析功能,分析了夏季 降水的时空分布特征。结果表明：在青藏高原年降水量比较少的地区,夏季降水占全年降水的比例较高,夏季降水与全年降水的相关性也较强;夏季降水相对变率最大的地区位于青藏 高原西北的最干旱地区,最小的地区是三江源区;夏季降水趋势增加和减少的站点分别为54 个和43 个,通过较显著检验的站点占总数的18.6%;在2000m 以下的站点中,海拔和夏季降水气候倾向率存在较强的正相关,相关度达0. 604 (显著性0.01);1961-1983 年和1984-2004 年两个时间段相比,除了3000~3500m 海拔范围外,其余海拔范围夏季降水气候倾向率都表现为增加;夏季降水可大致分为三种类型场：高原东南部类型场、高原东北部类型场和三江 源类型场,高原东南部类型场和高原东北部类型场表现出南北变化相反的降水特点,分界线大致沿着35^oN 线;在90%的置信概率下,三种类型场分别表现出5.33 年、21.33 年和2.17 年的潜在周期;4500 m 以上海拔范围的站点夏季降水周期通过很显著检验(α = 0.01),站点海拔和降水周期存在-0.626 的高相关度;在三江源地区,3500 m 以上的站点夏季降水周期随海拔升高而减小,3500 m 以下的夏季降水周期随海拔高度升高而增加。     

1961—2017年华北地区降水气候特征分析

基于华北地区1961—2017年的均一化降水数据，从降水量、降水强度、降水日数和降水量贡献率等方面揭示了华北地区降水的气候特征。结果表明：1961—2017年华北地区年降水量以3.2 mm/10a的速率减少，其主要原因是夏季降水的减少。空间上，降水量大值区的降水趋势变化呈减少特征；降水强度呈增大趋势，降水的时间分布更加集中；小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水日数和贡献率呈减小趋势，而中雨和大雨则有所增加；分析各等级降水对华北地区空间分布的贡献率，小雨事件对华北地区西部降水的贡献最主要，大雨、暴雨和大暴雨对华北东南部地区降水量的贡献最为主要，这进一步解释了小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水量的减少造成了华北地区西部和东南部地区降水总量的下降。华北地区降水气候特征研究可为区域气候变化以及暴雨、干旱等灾害应对提供科学支撑。     

博州不同级别降水及极端降水事件的时空变化

根据1961—2005年新疆博州（博尔塔拉蒙古自治州的简称,下同）4站逐日降水资料,用阈值检测方法计算出博州地区极端降雨（雪）的阈值,并用气候趋势系数、Kendall-τ秩次相关以及滑动t检验等分析了博州地区不同量级降水日数以及极端降水日数的变化特征。研究表明,博州地区极端降水阈值与年平均降水量的空间分布基本一致：山区大,盆地小,地区间差异极大。3—10月一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数大范围减少;年降水量增加的方式在不同子区域是不同的：①对于年平均降水量仅有100 mm左右的艾比湖一带而言,主要体现在中雨、小雪次数的增加上,其他量级的雨雪日数及强度增加趋势不显著,这种增量对干旱区而言很小,无法改变干旱区的本质。②博河上游地区夏半年主要体现在小雨、大雨次数的增加以及中雨强度的增加上,冬半年主要体现在小雪、大雪或极端降雪日数的增加以及大雪、暴雪强度的增加上。虽然博河上游地区大雨次数显著增加,但强度显著降低。这种增加方式导致博河上游地区冬季牧区易出现雪灾,夏季易出现洪灾。③博河中游地区主要体现在小雪、中雪、大雪（或极端降雪）、中雨频次以及小雨强度的增加上,而且一日降水量≤0.2 mm的微量降雨日数的减少趋势大于其他量级降雨总次数的增加趋势。降水日的这种变化方式在该区域气候显著偏暖的气候背景中,极易造成春夏阶段性极端干旱事件频发。     

新疆天山山区夏季降水日变化特征及其与海拔高度关系

天山山区是新疆干旱区降水最为充沛的区域,已有针对该区域降水的研究大多使用日降水及以上尺度资料,降水日变化特征分析相对较少.基于天山山区11个国家气象站2012—2018年夏季(6—8月)逐小时降水资料,分析降水特征量(包括降水量、降水频次和降水强度)的日变化特征,揭示降水与海拔高度的关系.结果表明:总降水量和总降水频次...     

北江流域汛期降水结构变化特征

选取北江流域18雨量站1961—2017年逐日降水数据,采用降水发生率、降水贡献率指标,利用Mann-Kendall法进行变化趋势检验,分析流域汛期（3—8月）不同历时、不同等级降水结构的时空变化特征,结果表明：1）汛期降水发生率随降水历时的增加大致呈指数形式递减,其中1~4 d历时降水发生率合计69.88%;降水贡献率随降水历时的增加而先增加后减小、到≥10 d历时又显著增加。降水贡献率的空间差异主要表现为历时2~4 d与历时≥10 d在北部与东南部反向变化。2）降水发生率随降水等级的增加而减小,其中小雨发生率约占65%;西部大雨贡献率偏高;东南部暴雨贡献率偏高,其中清远、佛冈站约为39%。3）中短历时（1~6 d）降水发生率呈不显著下降趋势,而贡献率呈不显著上升趋势;长历时（≥7 d）降水发生率、贡献率均呈显著下降趋势。各等级降水变化趋势方面,小雨、中雨发生率、贡献率不显著下降,大雨、暴雨发生率、贡献率不显著上升。     

2005—2017 年拉萨小时降水变化特征

利用拉萨站 2005—2017 年汛期（5～9 月）逐时地面观测资料，分析了拉萨逐年小时降水（降 水量、降水频次和降水强度）的变化特征，结合谐波分析方法讨论了小时降水的日循环信号，最后 对比了不同时长和等级的小时降水出现频次及其对总降水的贡献。结果表明：（1）拉萨逐年汛期 小时降水以“单峰型”结构为主，峰值出现在夜间。（2）拉萨汛期小时降水变化为全日周期，其中盛 夏（7～8 月）期间的日循环信号最强。（3）拉萨汛期降水按持续时间可分为：短历时（1～3 h）、中历 时（4～6 h）和长历时（＞6 h）3 种类型，其中短（长）历时降水出现频次最多（少），但其贡献率最小 （大），短历时降水的日峰值出现在下午到前半夜，而中历时和长历时降水的日峰值出现在后半 夜。（4）各等级小时降水中小雨（3＞r≥1）和中雨（r≥3）对降水总量的贡献率明显大于微雨（1＞r≥ 0.1），随着降水等级的上升，夜雨概率增大。     

1961—2016年中国昼夜降水变化的时空格局

全球气候变暖背景下中国降水量变化的区域差异显著。基于1961—2016年期间,全国763个观测台站白昼和夜间的降水观测数据,分别从昼夜降水量、降水日数、降水强度以及对总降水量的贡献率等四个方面,解读中国九大流域昼夜降水变化的时空格局。结果表明：① 昼夜降水量变化的流域差异显著,可归纳为四种类型：昼夜同增型、昼夜同减型、昼增夜减型和昼减夜增型。② 流域总降水量变化与昼夜降水量密切相关。淮河流域降水量减少是由白昼降水量（-0.72 mm/a）减少所致,而黄河流域降水量减少则是由夜间降水量（-0.21 mm/a）减少所致。③ 干旱区、半干旱区及半湿润区的流域,昼夜大雨的雨量要高于昼夜暴雨;湿润区的流域,则表现为昼夜暴雨的雨量要高于昼夜大雨,尤其是珠江流域和东南诸河流域。④ 从全国尺度来看,白昼大雨、夜间大雨和暴雨对总降水量的贡献率超过10%,而白昼暴雨的贡献率约10%。湿润区流域昼夜暴雨对总降水量的贡献率高于昼夜大雨对总降水量的贡献率,而干旱区-半干旱区流域则相反。研究结果有助于深化认识全球变暖对区域日降水循环的影响。     

站点密度对泥石流当日雨量和前期有效雨量计算的影响

研究气象站点密度在当日雨量和前期有效雨量因子内插中的影响程度,对提高对这2个因子的内插精度有重要的意义。本文针对我国东南地区87个泥石流灾害点和207个站点的降水资料,建立站点密度在5%~100%间变化的空间采样方案,采用反距离加权法(IDW)计算不同站点密度下泥石流灾害点的当日雨量和前期有效雨量。利用分位数方法对站点密度与当日雨量和前期有效雨量的关系进行分析,结果表明:诱发泥石流灾害的当日雨量和前期有效雨量的内插值,均随着气象站点密度的降低呈减少趋势;前期有效雨量的内插值相对于当日雨量的内插要稳定一些。在站点密度大于5%的情况下内插的前期有效雨量可以保持60%以上的雨量值,而当日雨量只大于30%。     

四川省近50年降水的变化特征及影响

利用1961-2008 年四川省133 个气象站逐日降水资料,研究分析了四川省近50 年大气降水的变化特征及影响。研究发现：四川省年均暴雨日数从西到东呈现“增-减-增”的总体变化趋势：甘孜州、凉山州南部、攀枝花等地区年均暴雨日数主要呈弱增加趋势,四川盆地西部、中部呈明显减少趋势,盆地东北部地区则呈较强增加趋势;除了盆地中部、南部部分地区外,四川省其余地区的暴雨强度主要呈增强趋势,其中盆地东北部加强趋势明显。四川盆地西部、中部地区各量级雨日均主要呈减少趋势,无雨日明显增加,年降水减少明显;盆地东北部地区年均暴雨、大雨日数及强度都呈明显增加、增强趋势,此区域年降水量的增加主要是由于大雨、暴雨量的增加导致。近50 年来四川省大气降水的变化形势给不同的区域带来了不同影响：四川盆地西部和中部地区大气降水明显减少,影响到地表径流以及地下水位,导致水资源紧张;川西高原北部阿坝州降水也明显减少,在一定程度上促进了生态环境恶化;而盆地东北部、甘孜州、攀枝花和凉山州等地区暴雨日数和强度的增多、增强导致部分地区洪涝、地质灾害频发。     

1961-2010 年中国降水强度变化趋势及其对降水量影响分析

探讨区域降水强度的时空变化趋势对于揭示区域气候变化规律、有效应对气候变化水资源影响等具有重要意义。利用756 个气象观测站1961-2010 年50 年逐日降水资料,分析了中国不同等级降水（小雨、中雨、大雨、暴雨及年均降水）强度的年际、年代际的变化趋势,以及不同等级降水变化在降水量增量中的贡献。结果表明：在年际变化中,降水强度总体呈现上升趋势,显著上升区域主要分布在中国东部秦岭-淮河线以南的地区;在不同等级降水强度中小雨强度变化趋势最为显著,中雨以上级别降水强度则相对稳定。在年代际变化中,各区域年代际降水强度变化差异明显,20 世纪60 年代和70 年代下降显著,80 年代、90 年代、21 世纪的前10 年则上升明显。此外,降水强度对降水量增量贡献由东至西呈“大-小-大-小”的相间带状分布;在中国西部,小雨、中雨、大雨强度对降水量增量起主导作用,而在中国东部暴雨降水强度在降水量贡献中起主导作用,且在东北区东南、黄淮海西北以及西南中部作用更加明显。